(57)【要約】【課題】  ポンプの故障モードを変更して、運転中の故障を防止することができるベーンポンプを提供することにある。【解決手段】  このベーンポンプ１０は、ポンプハウジング１２、カム部材１４、円筒状のロータ部材１６、および、高圧流体を吐出用弧領域から入口用弧領域に伝えるための機構を含む。各ベーン要素１８の先端面２１が、ポンプの始動を妨げるように予め決められた磨耗量に達したときに、上記機構は、作動する。上記各ベーン要素１８の先端面は、ポンピングキャビティの周面２４との摺接により、摩耗する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）鉛直方向のセンターラインと水平方向のセンターラインとが通る中心軸を定義する内側室を有するポンプハウジングを備え、
ｂ）上記ポンプハウジングの上記内側室内に取り付けられると共に、軸方向に貫通してポンピングキャビティの周面を定義する穴を有するカム部材を備え、上記ポンピングキャビティは、吐出用弧領域、入口用弧領域、および、上記入口用弧領域と上記吐出用弧領域とを互いに分離している密封用弧領域を含み、
ｃ）上記カム部材の上記穴内に、上記内側室の上記中心軸廻りに回転可能に取り付けられた実質的に円筒状のロータ部材を備え、上記ロータ部材は、中央本体部分を備え、この中央本体部分は、軸方向に対向する第１と第２の端面と、この中央本体部分に形成されると共に周方向に間隔を置いて離された径方向に延在している複数のベーンスロットとを含み、上記各ベーンスロットは、このベーンスロットの中で径方向に移動するように取り付けられた対応しているベーン要素を支持し、上記各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係わるように適応された径方向外側の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内側のベーン下方部分とを有し、上記本体部分の上記第１端面は、上記第１端面の径方向外側部分に形成された円周の窪みを有し、この窪みは、漏れ通路をつくり、この漏れ通路は、上記カム部材が始動状態にあって、上記各ベーンが上記ポンピングキャビティの上記密封用弧領域に位置しているときで、上記各ベーン要素の下方部分が、上記第１端面に形成された上記窪みの径方向内側の端部の径方向外側に位置されているときに、流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のベーンポンプにおいて、
上記ポンプキャビティは、中心角約１４４度の吐出用弧領域、中心角度約３６度の第１の密封用弧領域、中心角約１４４度の入口用弧領域、および、中心角度約３６度の第２の密封用弧領域を含むことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載のベーンポンプにおいて、
さらに、上記ポンプハウジングの上記内側室内に配置されると共に軸方向に間隔を置いて離された第１と第２のエンドプレートを備え、
上記各エンドプレートは、上記ロータ部材に近接している第１の面を有し、上記各第１の面は、上記ポンピングキャビティの軸方向の端部を形成することを特徴とするベーンポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のベーンポンプにおいて、
さらに、上記各エンドプレートの上記第１の面と結びついた手段を備え、
この手段は、上記各ベーン要素が上記吐出用と密封用の弧領域を通過するときに、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧領域から上記各ベーン要素の下方部分に流体を伝えると共に、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転して上記各ベーン要素が上記入口用弧領域を通過するときに、上記ポンピングキャビティの上記入口用弧領域から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝えることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項５】
請求項３に記載のベーンポンプにおいて、
上記ロータ部材は、さらに、上記ロータの上記中央本体部分に形成された実質的に軸方向の複数の流体通路を備え、
この各通路は、周方向に間隔を置いて離された径方向の複数のベーンスロットの間に位置されて、流体が上記ポンピングキャビティから上記第１と第２のエンドプレートへ軸方向に伝わるように上記ロータ本体部分を通る流路を提供することを特徴とするベーンポンプ。
【請求項６】
請求項１に記載のベーンポンプにおいて、
上記ロータ部材の上記第１の端面に形成された上記円周の窪みの上記径方向内側の端部は、上記中心軸から径方向の間隔をおいて離され、上記径方向の間隔は、許容されるベーン先端面の磨耗の量を定義し、この磨耗は、高圧の流体が上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に漏れ出しうる前に、生じることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項７】
請求項１に記載のベーンポンプにおいて、
上記ロータ部材の上記本体部分の上記第２端面は、上記第２端面の径方向外側部分に形成された円周の窪みを有し、この窪みは、漏れ通路をつくり、この漏れ通路は、上記カム部材が始動状態にあって、上記各ベーンが上記ポンピングキャビティの上記密封用弧領域に位置しているときで、上記各ベーン要素の下方部分が、上記第２端面に形成された上記窪みの径方向内側の端部の径方向外側に位置されているときに、流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項８】
ａ）鉛直方向のセンターラインと水平方向のセンターラインとが通る中心軸を定義する実質的に円筒状の内側室を有するポンプハウジングを備え、
ｂ）上記ポンプハウジングの上記内側室内に取り付けられると共に、貫通してポンピングキャビティの周面を定義する穴を有するカム部材を備え、上記ポンピングキャビティは、吐出用弧領域、入口用弧領域、および、上記入口用弧領域と上記吐出用弧領域とを互いに分離している密封用弧領域を含み、
ｃ）上記カム部材の上記穴内に、上記内側室の上記中心軸廻りに回転可能に取り付けられたロータ部材を備え、上記ロータ部材は、中央本体部分を備え、この中央本体部分は、軸方向に対向する第１と第２の端面と、この中央本体部分に形成されると共に周方向に間隔を置いて離された径方向に延在している複数のベーンスロットとを含み、上記各ベーンスロットは、このベーンスロットの中で径方向に移動するように取り付けられた対応しているベーン要素を支持し、上記各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係わるように適応された径方向外側の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内側のベーン下方部分とを有し、上記本体部分の上記第１端面は、上記第１端面に形成されると共に上記各ベーンスロットの間に延在している円周の窪みを有し、この円周の窪みは、上記ベーンの下方部分が上記窪みの径方向内側の端部の径方向外側に位置されるように上記各ベーンの先端面が摩耗したときに、高圧の流体が上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に漏れるための流路を備えるように適応され形成されていることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項９】
請求項８に記載のベーンポンプにおいて、
上記ポンプキャビティは、中心角約１４４度の吐出用弧領域、中心角度約３６度の第１の密封用弧領域、中心角約１４４度の入口用弧領域、および、中心角度約３６度の第２の密封用弧領域を含むことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項１０】
請求項８に記載のベーンポンプにおいて、
さらに、上記ポンプハウジングの上記内側室内に配置されると共に軸方向に間隔を置いて離された第１と第２のエンドプレートを備え、
上記各エンドプレートは、上記ロータ部材に近接している第１の面を有し、上記各第１の面は、上記ポンピングキャビティの軸方向の端部を形成することを特徴とするベーンポンプ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のベーンポンプにおいて、
さらに、上記各エンドプレートの上記第１の面と結びついた手段を備え、
この手段は、上記各ベーン要素が上記吐出用と密封用の弧領域を通過するときに、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧領域から上記各ベーン要素の下方部分に流体を伝えると共に、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転して上記各ベーン要素が上記入口用弧領域を通過するときに、上記ポンピングキャビティの上記入口用弧領域から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝えることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のベーンポンプにおいて、
上記ロータ部材は、さらに、上記ロータの上記中央本体部分に形成された実質的に軸方向の複数の流体通路を備え、
この各通路は、周方向に間隔を置いて離された径方向の複数のベーンスロットの間に位置されて、流体が上記ポンピングキャビティから上記第１と第２のエンドプレートへ軸方向に伝わるように上記ロータ本体部分を通る流路を提供することを特徴とするベーンポンプ。
【請求項１３】
請求項８に記載のベーンポンプにおいて、
上記ロータ部材の上記第１の端面に形成された上記円周の窪みの上記径方向内側の端部は、上記中心軸から径方向の間隔をおいて離され、上記径方向の間隔は、許容されるベーン先端面の磨耗の量を定義し、この磨耗は、高圧の流体が上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に漏れ出しうる前に、生じることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項１４】
請求項８に記載のベーンポンプにおいて、
上記ロータ部材の上記本体部分の上記第２端面は、上記第２端面の径方向外側部分に形成された円周の窪みを有し、この窪みは、漏れ通路をつくり、この漏れ通路は、上記カム部材が始動状態にあって、上記各ベーンが上記ポンピングキャビティの上記密封用弧領域に位置しているときで、上記各ベーン要素の下方部分が、上記第２端面に形成された上記窪みの径方向内側の端部の径方向外側に位置されているときに、流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えることを特徴とするベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、ガスタービンエンジンに用いる燃料ポンプに関し、特に、高い運転の信頼性と予測（予言）された故障モードとを要求する分野に用いられるベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベーンポンプは、伝統的なギアポンプにかわるものとして、航空宇宙産業において発展している。可変容量ベーンポンプの一例は、サンドバーグ及びその他に対するＵＳ特許No.５５４５０１４に開示され、これらの関連出願は、本出願に矛盾しない範囲で、そっくりそのまま、この出願に組み込まれている。
【０００３】
ベーンポンプは、伝統的に、特に、ハウジング、カム部材およびロータを含み、このロータは、軸方向に対向している両側のジャーナルベアリングによって上記ハウジング内に支持されている。上記ハウジングは、内側室、流体入口と流体出口を形成し、上記カム部材とロータは、上記内側室内に配置されている。上記カム部材は、上記内部のポンピング室の周囲境界を形成する中央の穴を有している。ロータは、軸方向の両側のジャーナルベアリングによって支持され、上記カム部材の上記中央の穴内に回転可能に搭載されている。上記ロータ要素は、その内部に機械で作製されると共に周囲に間隔を置いて離されたスロットを有し、そのスロットは、対応している径方向移動可能なベーン要素を支持している。
【０００４】
可変容量ベーンポンプは、以下の点において、固定容量ベーンポンプのような他のベーンポンプと相違している。すなわち、上記カム部材は、上記ポンプの鉛直方向のセンターラインと同一直線上の支柱廻りに回転し、それによって、上記ロータに対する位置を調整している。この調整により、入口側と吐出側のバケットの相対的な容量が変更され、それによって、ポンプの吐出量を変える。
【０００５】
一方向の回転において、上記ポンプの上記ロータ要素のベーンは、３６０度の周期を形成する少なくとも四つの異なった弧領域を横切る。第１の領域は、流体が上記ポンピング室内に収容される入口用弧部分であり、この領域を越えて、バケットの容量が増加する。第２の領域は、加圧流体が上記ポンピング室から排出される吐出用弧部分であり、この領域を越えて、バケットの容量が減少する。最後に、密封用弧部分は、入口用と吐出用弧部分を分離し、バケットの容量が安定して一定に保持される弧部分を表す。
【０００６】
運転中、流体は、第１の圧力で、上記ハウジングの入口を通過して上記ポンピング室内に供給されて、隣り合うベーン要素の間に形成される空間、いわゆるバケット内に供給される。実際の吐出ベーンポンプにおいて、ベーン要素が、上記ポンピング室内で、入口領域から出口領域まで、回転するとき、上記カム部材の構成により、上記ベーンは、対応しているスロット内に引き込まれる。これによって、上記バケットによって形成された容量は、減少する。入口のバケット内に収容された流体の量は、対応している吐出のバケット内に含まれる流体の量よりも多いため、その容量の差と同量の流体が、下流の圧力と同等の圧力で出口を通過して、吐出又は排出される。
【０００７】
概して、汲み上げの圧力と速度は、ポンプハウジング内でとても高いので、これら圧力と速度の高い値によって引き起こされる磨耗を処理するために、上記カム部材と上記ベーン要素に、重くて耐磨耗性の高い材質を使用する必要がある。
【０００８】
従来の可変容量ベーンポンプは、サンドバーグ及びその他に対するＵＳ特許No.５５４５０１４（特許文献１）と、サンドバーグに対するＵＳ特許No.５８３３４３８（特許文献２）に示されている。ＵＳ特許No.５５４５０１４には、丈夫で、単発式の、ベーン下方のポンピングが可能である可変容量ベーンポンプと、圧力均衡方法とが開示されている。サンドバーグに対するＵＳ特許No.５８３３４３８は、可変容量ベーンポンプを示し、そのベーンポンプは、大きな直径の中央のベーン部分の各側面でジャーナルエンドを備えている丈夫なロータ部材と、上記カム部材内で高圧を閉じ込めそれによって上記ロータ部材の長さに沿って軸方向の圧力の漏出を防止する機構とを有している。これらの特許に含まれる出願は、本出願に矛盾しない範囲で、そっくりそのまま、この出願に組み込まれる。
【０００９】
旧式のポンプ、すなわちギアポンプを越えた、可変容量ポンプの利点は、過度の熱の発生がポンプの性能に対して重大な障害になるという問題を解決することである。また、可変容量ベーンポンプは、計測装置としてポンプを利用することによって、計測成分として一定の燃料流出を除去するために使用されうる。
【００１０】
ベーンポンプの技術に関連した不利な点の一つは、故障モードである。結果として、高い運転の信頼性と予測された故障モードとを要求する、高い性能の航空機のような使用において、この技術を実行するには不本意である。従来のギアポンプにおいて、故障の機構は、よく知られている。概して、ポンプが退化するにつれて、その性能は、ついにエンジンを始動することができないほどに落ちて、このように、安全な故障が生じる。しかしながら、ベーンポンプにおいて、ベーンがカム面との接触により磨耗するとき、圧力が各ベーンにかける片持ちされた荷重が、とても高くなると、ベーンの壊滅的な故障が、ポンプの運転中に生じ、警告なしに全てのポンピングシステムを破壊する。ヘリコプターの燃料システムのような利用において、このタイプの故障は、制御システムとエンジンに損傷を引き起こす。そのような発生を避けるために、ベーンポンプは、度々、検査と保全を行う必要がある。
【００１１】
前記のものの観点において、改良されたベーンポンプにとって、ベーンの磨耗を“追跡する”と共に所定の磨耗レベルが達成された後にエンジンを始動させないようにすることによって、ギアポンプの故障モードに似せる必要がある。
【特許文献１】ＵＳ特許No.５５４５０１４
【特許文献２】ＵＳ特許No.５８３３４３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の課題は、ポンプの故障モードを変更して運転中の故障を防止するための機構を含み、ガスタービンエンジンに用いられるベーンポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この出願は、２００１年９月２８日に提出されたＵＳ特許出願シリアルNo.０９／９６６１３２の一部継続出願であり、２０００年１２月２０日に提出されたＵＳ特許出願シリアルNo.０９／７４１５２４、さらにＵＳ特許No.６３７５４３５Ｂ２の一部継続出願であり、２０００年９月２８日に提出された仮のＵＳ特許出願No.６０／２３６２９３に対して優先権を主張しており、これらの関連出願は、そっくりそのまま、この出願に組み込まれている。
【００１４】
好ましい形態では、上記ベーンポンプは、ポンプハウジング、カム部材、ロータ部材、および、高圧流体を吐出用弧領域から入口用弧領域に伝えるための機構を含み、この機構は、予め決められた磨耗状態が到達されたときに、ポンプの始動を妨げる。
【００１５】
上記ポンプハウジングは、概して、中心軸を定義する円筒状の内側室を含み、この中心軸を鉛直方向のセンターラインと水平方向のセンターラインとが通って延在する。上記カム部材は、上記ポンプハウジングの上記内側室内で、上記内側室の上記鉛直方向のセンターラインと同一直線上の支柱に回転可能に取り付けられている。上記カム部材は、貫通する穴を有し、その穴は、ポンピングキャビティの周面を形成している。そのポンピングキャビティの周面は、吐出用弧領域と、入口用弧領域と、入口用弧領域と吐出用弧領域とを互いに分離している密封用弧領域とを含んでいる。
【００１６】
上記円筒状のロータ部材は、上記カム部材の上記穴内で上記内側室の上記中心軸に回転可能に嵌合されている。上記ロータ部材は、中央本体部分を有し、その中央本体部分は、軸方向に対向された両側の第１と第２の端面と、その内部に形成されて周囲に間隔を置いて離され径方向に延長している複数のベーンスロットを有している。各ベーンスロットは、その内部で径方向に移動するように搭載された対応しているベーン要素を支持している。各ベーン要素は、上記ポンピングキャビティの周面に摺動可能に係合するようにされた径方向外方の先端面と、各ベーンスロット内にある径方向内方のベーン下方部分とを有している。
【００１７】
ポンプの始動を妨げるために高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記機構は、上記各ベーン要素の先端面が各ベーン要素の下方部分に関して予め決められた量を磨耗したときに、作動する。
【００１８】
好ましい形態において、上記各ベーン要素の先端面が予め決められた量を磨耗したときに高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記機構は、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第１端面に形成された弓状の溝を含んでいる。上記弓状の溝は、各ベーンスロットの間に延在している。想到されるように、上記弓状の溝は、上記中心軸から径方向の間隔をおいて離され、上記径方向の間隔は、予め決められた磨耗量を定義している。
【００１９】
好ましくは、上記各ベーン要素の先端面が予め決められた量を磨耗したときに高圧流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝えるための上記手段は、さらに、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第２端面に形成された弓状の溝を含んでいる。
【００２０】
想到されるように、各ベーン要素の下方部分が、上記ポンピングキャビティ内の場所で、上記ロータの上記本体部分に形成された上記弓状の溝の径方向外側に位置されているときに、上記予め決められた磨耗量が到達される。この相対的な位置の結果によって、流体は、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝わることを許容される。
【００２１】
他の形態において、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第１端面は、上記第１端面の径方向外側部分に形成された円周の窪みを有する。上記窪み（いわゆる、リリーフ）は、漏れ通路をつくり、この漏れ通路は、上記カム部材が始動状態にあって、上記各ベーンが上記ポンピングキャビティの上記密封用弧領域に位置しているときで、上記各ベーン要素の下方部分が上記窪みの径方向内側の端部の径方向外側に位置されているときに、流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝える。
【００２２】
好ましくは、円周の窪みは、上記ロータ部材の上記本体部分の上記第２端面に形成される。さらに、想到されるように、上記ロータ部材の上記第１および／または第２の端面に形成された上記窪みの上記径方向内側の端部は、上記中心軸から径方向の間隔をおいて離され、上記径方向の間隔は、許容されるベーン先端面の磨耗の量を定義し、この磨耗は、高圧の流体が上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に漏れ出しうる前に、生じうる。
【００２３】
好ましくは、上記ポンプキャビティの上記周面は、中心角約１４４度の吐出用弧部分と、中心角度約３６度の第１の密封用弧部分と、中心角約１４４度の入口用弧部分と、中心角度約３６度の第２の密封用弧部分とを有する。当業者であれば容易に理解されるように、各領域の角距離は、上記ロータに結合されたベーン要素の数量に依存している。上述の弧の長さは、１０個のベーンを有するロータに対応している。一方では、例えば９個のベーンを有するロータが使用される。９個のベーンを有するロータでは、上記吐出用と入口用の弧部分は、それぞれ、中心角約１４０度の角距離を有し、上記密封用弧部分は、それぞれ、中心角約４０度の角距離を有する。
【００２４】
さらに、想到されるように、軸方向に間隔を置いて離された第１と第２のエンドプレートは、上記ポンプハウジングの上記内側室内に配置されている。上記各エンドプレートは、上記ロータ部材に近接している第１の面を有し、上記ポンピングキャビティの軸方向の端部を形成している。上記各エンドプレートは、上記ポンピングキャビティ内で上記ロータ部材の摩擦のない回転を許容するように上記ロータ部材から離隔している。あるいは、上記エンドプレートは、上記ロータ部材に滑るように接触（摺接）している。好ましくは、そのエンドプレートは、各エンドプレートの上記第１面と連合された機構を含み、その機構により、上記各ベーン要素が上記吐出用と密封用の弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記吐出用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝える。その上、各エンドプレートの第１面は機構を含み、その機構により、上記ロータ部材が上記中心軸廻りに回転しながら上記各ベーン要素が上記入口用弧部分を通り抜けるときに、上記ポンピングキャビティの上記入口用弧部分から上記各ベーン要素の下方部分へ流体を伝える。
【００２５】
すぐに想到されるように、上記ロータ部材は、さらに、上記ロータの上記中央本体部分に形成された実質的に軸方向の複数の流体通路を備えている。各通路は、周方向に間隔を置いて離された径方向の複数のベーンスロットの間に配置され、流体が上記ポンピングキャビティから上記第１と第２エンドプレートへ軸方向に伝わるように、上記ロータ本体部分を通る流路を提供する。
【００２６】
当業者であれば容易に理解されるように、この出願の発明の特徴は、固定容量または可変容量のベーンポンプのようなあらゆるタイプのベーンポンプに、適用されうる。
【００２７】
本出願に属する技術において通常に熟練している者であれば、図面に示されるものと同じものの作り方と使い方を、より簡単に理解できるであろう。
【００２８】
本出願のベーンポンプのこれらと他の特徴は、以下の良好な形態の詳細な説明から、その技術において通常に熟練している者であれば、より容易に明確となるであろう。
【発明の効果】
【００２９】
この発明のベーンポンプによれば、上記ポンプハウジング、上記カム部材、上記ロータ部材、および、高圧流体を吐出用弧領域から入口用弧領域に伝えるための（上記ベーン要素や上記窪み等の）機構を含むので、上記ベーン要素が予め決められた磨耗状態に到達したときに、ポンプの始動を妨げる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の同じ構成要素を同一符号にて示している図面を用いて説明すると、図１に可変容量ベーンポンプが示され、そのベーンポンプは、本出願の良好な形態に従って構成され、全般的に符号１０によって示されている。そのベーンポンプ１０は、ポンプハウジング１２を有し、そのポンプハウジング１２は、カム部材１４とロータ部材１６を支持する内側室を形成している。ロータ部材１６は、径方向に延在している複数のスロット１７を有している。各スロットは、対応しているベーン要素１８を支持するように形成されている。カム部材１４は、ポンプハウジング１２内で、かつ、支柱を形成する枢軸ピン２０に回転可能に嵌合し、それによって、ベーンポンプ１０の吐出量を変える。カム部材１４は、ワンピースの本体を含み、その本体は、カム室を形成する穴２２を定義する。この円形の穴２２は、上記ポンピングキャビティの滑らかな連続的な周面２４を定義し、この周面２４は、上記各ベーン要素１８の外側の先端面２１と連続的に接触する。レバー２５は、カム部材１４の上記本体から延びており、駆動ピストンアッセンブリ１５に回転可能に連結され、それによって、上記ロータ部材１６に対して上記カム部材１４の位置を変える。
【００３１】
図１に示すように、上記各ベーン要素１８は、対応しているスロット１７内に隙間なく嵌合し、ピストンのように作用する。即ち、ベーン要素１８は、ロータ部材１６が動いている間、ポンピング室の高圧側の吐出用弧領域６２（図３）を通過して、径方向内方へ押し下げられる。各スロット１７は、径方向内側のベーン下方の室１９を有し、その室１９は領域を定義し、その領域は、ベーン要素１８が、ポンピング室の入口用弧領域６０（図３）内にあるときに、低い入口側の圧力を受け、また、ベーン要素１８が、ポンピング室の吐出用弧領域６２と、ポンピング室の密封用弧領域６４ａ，６４ｂ（図３）との中にあるときに、高い吐出側の圧力を受ける。加圧された流体がベーン下方の室へ送られる方法は、図３において、以下に詳細に説明する。
【００３２】
図２によれば、ベーンポンプ１０は、さらに、低圧流体をポンピング室へ送り込むための入口用領域５０と、高圧流体をポンピング室から排出するための吐出用領域５２とを有している。メインの駆動シャフト３２は、中央のシャフト部材３４を駆動するために、縦軸に沿ってポンプハウジング１２の内側室を貫通するように伸びている。シャフト部材３４は、対向している両側のジャーナルベアリング３６ａ，３６ｂに回転可能に支持され、そして、ロータ部材１６に係止されて回転運動を伝達している。
【００３３】
内側室に配置された両側のサイドプレート４０，４２は、カム部材１４とロータ部材１６との間に密封された室を形成し、その室への入口と吐出口とを備えている。軸方向のスペーサ３０は、ハウジング１２内で、かつ、両側のサイドプレート４０，４２の間に支持され、そして、カム部材１４の厚みよりも僅かに大きな厚みを有している。このため、両側のサイドプレート４０，４２が、（図示省略の）複数の貫通された留め具によって、スペーサ３０に対してきつく締め付けられる。このとき、小さな隙間がカム部材１４と両側のサイドプレートとの間に残っており、カム部材１４と両側のサイドプレートとの間の摩擦を減少し又は排除することができる。
【００３４】
図３によれば、サイドプレート４０の面４４は、ロータ部材１６に隣り合うように配置されている。ポンピング室は、３６０度において、入口用弧領域６０と、吐出用弧領域６２と、入口用弧領域６０と吐出用弧領域６２との間に配置された密封用弧領域６４ａ，６４ｂとを含んでいる。上記入口用弧領域６０は、隣り合うベーン要素の間（即ち、バケット内に）に含まれる容量が増加するところのポンピング室の部分を表しており、低圧流体は上記ポンピング室内に収容される。上記吐出用弧領域６２は、隣り合うベーン要素の間に含まれる容量が減少するポンピング室の部分である。上記密封用弧領域６４ａ，６４ｂ内では、容量は十分に一定に保たれている。
【００３５】
上記ロータ１６が上記ポンピング室内で回転するとき、その回転によって発生する遠心力は、全てのベーン要素１８に径方向外方の力を与える。付け加えると、隣り合うバケット内に含まれる加圧された流体は、隣り合うベーン要素１８に径方向内方の力を与える。しばしば、ベーン要素１８に作用する両方の反対の力は、釣り合わない。結果として、各ベーン１８の先端２１は、径方向外方の正味の力により、過度の磨耗を受けるか、若しくは、径方向内方の正味の力により、バケット内から流体が漏れる。これにより、ポンピング効率が減少する。ベーン要素にかかる圧力が釣り合って、ベーン要素が上記ロータのスロット内で“浮く”ときに、理想のポンプ運転状態が起こる。この状態により、ベーン先端の磨耗が最小となり、ベーン先端とカム部材との間の接触不足によって生じる圧力損失が最小となる。
【００３６】
ポンプ１０は、各ベーン要素１８の下方部分２３に圧力を加えることによって不均衡なベーンの状態を正すように、適応され形成される。具体的に述べると、入口の領域６０を横切る各バケット内からの低い圧力が、上記入口用弧領域６０内で上記ベーン要素１８の下方部分２３に供給される。同様に、上記吐出用弧領域６２と上記密封用弧領域６４ａ，６４ｂを横切る上記ベーンの下方部分２３は、吐出用弧領域６２内に位置するバケットからの高い圧力で満たされる。その圧力は、加圧流体の形態で、ロータ本体部分に機械にて作製された流れ孔を経由して、流れ溝が形成された両方のエンドプレートを備えることによって、入口用弧領域６０と吐出用弧領域６２から各ベーン要素１８の下方部分２３に供給される。
【００３７】
図４と図５によれば、ロータ１６の本体部分１９は、その中に形成された複数の流れ孔８４を含んでいる。各流れ孔８４は、周方向に間隔を置いて離れた径方向の複数のベーンスロット１７の間に配置され、上記ポンピングキャビティから（図３に示す）溝６６ｉ，６６ｄに流すべき流体のための通路を提供し、その溝６６ｉ，６６ｄは、エンドプレート４０、又は、両方のエンドプレート４０，４２に形成される。各流れ孔８４は、実質的にＴ型であり、径方向の管路８５と軸方向の管路８６を含む。
【００３８】
この特徴は、以下の理由で好都合である。即ち、流体は、上記バケットから各流れ孔８４の中に径方向内方へ、回転によって発生する遠心力に抗して、伝わらなければならず、その結果、流体は、各流れ孔８４に進入する前に有効的にろ過される。その上、ポンピング室の流体内に含まれる微粒子は、遠心運動によって、径方向外方に力を受け、微粒子は、上記バケットの径方向内側部分の流体に残った状態となる。
【００３９】
図３によれば、弓状の外側の溝６６ｉ，６６ｄは、エンドプレート４０の面４４に形成され、夫々が、上記ロータ部材１６の流れ孔８４を経由して、上記入口用弧領域６０と上記吐出用弧領域６２とに流体的に連通している。上記入口用弧領域６０からの低圧流体は、弓状の外側の溝６６ｉの中へ収容され、それから、流路６８ａ〜６８ｅを通って弓状の内側の溝６９ｉへ径方向内方へ流れる。上記流路６８ａ〜６８ｅと上記内側の溝６９ｉとは、また、サイドプレート４０の面４４内に形成される。上記内側の溝６９ｉは、上記入口用弧領域６０内に位置されている各ベーン要素１８の下方部分と連通している。
【００４０】
同様の方法で、上記ポンピング室の吐出側では、上記吐出用弧領域６２内からの高圧流体が、弓状の外側の溝６６ｄによって収容されている。それから、その流体が、流路６７ａ〜６７ｄを通って弓状の内側の溝６９ｄへ径方向内方に流れる。上述の如く、上記流路６７ａ〜６７ｄと上記内側の溝６９ｄとは、夫々、サイドプレート４０の面４４内に機械でつくられる。弓状の内側の溝６９ｄは、上記吐出用弧領域６２と上記密封用弧領域６４ａ，６４ｂとの中に位置決めされている各ベーン要素１８の下方部分と連通している。その技術に精通した者であれば容易に理解されるように、溝と通路の数量は、ポンプ構造と、関連して作用する圧力とに従って変更可能である。
【００４１】
上述の連続の孔及び溝を通って各ベーン要素の下方部分へ加圧流体が伝達することで、ベーンにかかる力の均衡を保つように作用し、若しくは、少なくとも、径方向外方を向く正味の力がベーンにかかることを確実にするように作用する。上記ベーンにかかる力を均衡させる他の技術は、この出願の発明の特徴から逸脱しない範囲で、用いられる。例えば、ドルトンに対するＵＳ特許No.６６３４８６５に開示されている技術は、上述の方法の代わりに用いられる。上記’８６５特許が示す方法では、上記吐出用弧領域内の上記バケットからの高い圧力の流体が、上記吐出用弧領域中の各ベーンの上記下方部分に、供給される。同様に、上記入口用弧領域内の上記バケットからの低い圧力の流体が、上記入口用弧領域中の各ベーンの上記下方部分に、供給される。しかしながら、上述の技術と比べて、上記吐出用弧領域および上記入口用弧領域の両方からの高圧流体および低圧流体の混合は、上記’８６５特許に開示されたベーンポンプの上記密封用弧領域に位置された各ベーン要素の上記下方部分に、供給される。
【００４２】
上記に言及したように、ベーンポンプの技術に関連した不利な点の一つは、故障モードである。慣例のギアポンプは、上記ポンピング要素が予め決定された磨耗量を経験したときに、始動しないが、このギアポンプと異なって、伝統的なベーンポンプは、警告なしに故障し、しばしば、ポンプ運転中に壊滅的に故障する。
【００４３】
燃料ポンプ１０は、ベーンポンプの技術に関連された普通の故障モードを、ギアポンプの故障モードと実質的に似ている故障モードに変えるように、適応され形成されている。図３と図４に示されるように、一連の漏れ通路８７ａ，８７ｂは、ロータ部材１６の本体部分１９の両端９２ａ，９２ｂに形成されている。これらの漏れ通路８７ａ，８７ｂにより、上記ベーン要素１８が磨耗して上記ベーン下方部分２３が上記漏れ通路８７ａ，８７ｂの径方向外側に位置したときに、弓状の外側の溝６６ｄと弓状の内側の溝６９ｄと流路６７ａ〜６７ｄに含まれる高圧の流体が、上記低圧の入口用弧領域６０内に流出することができる。
【００４４】
より具体的に述べると、可変容量ベーンポンプにおいて、カム部材１４が図１に示されるようにポンプの始動に対応している位置に配置されているときに、対応しているスロット内からベーンの最大限の突出が生じる。描写されているように、ポンプの始動位置において、上記密封用弧領域６４ａ内に位置された上記ベーン要素１８は、上記ベーンスロット１７内から最大限の突出を受ける。ベーンポンプ１０が新しく、磨耗していないとき、各ベーン要素１８の下方部分２３は、流体が漏れ通路８７ａ，８７ｂ内に流出するのを防ぐ。しかしながら、上記ベーンの先端２１が、上記ポンピングキャビティの周面２４との接触により、磨耗するにつれて、各ベーン要素１８の下方部分２３の径方向位置が、漏れ通路８７ａ，８７ｂに関して、変化する。遂には、上記ベーン下方部分２３が上記漏れ通路８７ａ，８７ｂの径方向外側に位置する程度にまで上記ベーン要素１８が磨耗し、もはや、燃料が漏れ通路８７ａ，８７ｂ内に流出することを防ぐことができない。従って、ロータ１６内に形成された上記漏れ通路８７ａ，８７ｂは、高圧の燃料を、上記密封の弧６４ａの低圧の入口側へゆっくりと伝え始める。
【００４５】
図６によれば、ベーンポンプ１０のベーン要素１８が、磨耗した状態で示されている。ベーン要素１８が磨耗するにつれて、上記エンドプレートに形成された上記溝又は窪みを通って、高圧がポンプの低圧側に伝えられる。さらに磨耗が続くと、この伝達は、より断言され実質的なものとなる。遂には、この通路を通過する漏れ量の一定レベルが達成されると、エンジンを始動させるために十分な流量を供給するポンプの能力が低下し、始動が行われない。このように、過負荷されたベーンによる故障が切迫した状態となる時点を達成する前に、分解修理のために上記ポンプを取り除くことが必要となり、そして、大部分の故障を回避することができる。
【００４６】
その故障モードは、エンジンの始動能力に影響するだけである。運転中の一層高い漏れ量は、任務の生存に危機的とならず、それゆえ、もはや、付加の漏れ量がエンジンの運転に干渉する危険がない。この運転のシナリオは、ギアポンプのシナリオと同一である。
【００４７】
漏れ通路８７ａ，８７ｂの径方向の位置は、ポンピング要素の形状と大きさ、及び、ベーン要素の物質の特性に基づいて、確定される。その漏れ通路の位置は、上述の故障モードが確実にされ、壊滅的な運転故障が回避されるように、選択される。
【００４８】
さらに、図７によれば、ベーンポンプ１０に用いられる他のロータを示し、符号１１６によって示されている。ロータ１６と同様に、ロータ１１６は、ベーンポンプ１０の（図１に示す）ポンプハウジング１２内に定義された上記内側室内に位置され、複数の径方向に延びている（図示しない）スロットを含む。各スロットは、対応しているベーン要素を支持するように形成されている。
【００４９】
ロータ１６のように、ロータ１１６は、本体部分１１９を有し、この本体部分１１９は、この本体部分１１９の中に形成された複数の流れ孔１８４を含む。各流れ孔１８４は、周方向に間隔を置いて離れた径方向の複数のベーンスロットの間に配置され、上記ポンピングキャビティから（図３に示す）溝６６ｉ，６６ｄに流すべき流体のための通路を提供し、その溝６６ｉ，６６ｄは、エンドプレート４０、又は、両方のエンドプレート４０，４２に形成される。各流れ孔１８４は、それぞれに、実質的にＴ型であり、径方向の管路１８５と軸方向の管路１８６を含む。
【００５０】
ロータ１１６は、ベーンポンプ１０の故障モードを、ベーンポンプの技術に関連された普通の壊滅的なモードから、ギアポンプの故障モードと実質的に似ている故障モードに変えるように、適応され形成されている。前の形態に関して上述したように、ベーンポンプ１０の故障モードは、高圧の流体を上記吐出用弧領域から上記入口用弧領域に伝達するための機構を含むことによって、ギアポンプに似ている故障モードに変化される。この結果、上記ベーン要素の先端面が、各要素の下方部分に関して、予め決められた量を磨耗したときに、ポンプの始動を妨げる。
【００５１】
図４から図６に関して先に述べたように、ロータ１６は、上記ロータの両端９２ａ，９２ｂに刻まれた一連の弓状の溝を有し、この溝は、漏れ通路８７ａ，８７ｂを形成する。これらの漏れ通路８７ａ，８７ｂによれば、上記ベーン要素１８が磨耗して上記ベーン下方部分２３が上記漏れ通路８７ａ，８７ｂの径方向外側に位置したときに、弓状の外側の溝６６ｄと弓状の内側の溝６９ｄと流路６７ａ〜６７ｄに含まれる高圧の流体が、上記低圧の入口用弧領域６０内に流出することができる。
【００５２】
図７に示されるように、ロータ１１６は、ロータの両端１９２ａ，１９２ｂのそれぞれに形成された一対の漏れ通路１８７ａ，１８７ｂを有する。これらの漏れ通路１８７ａ，１８７ｂは、漏れ通路８７ａ，８７ｂと実質的に同じように、作用する。しかしながら、ロータ１６と異なって、上記ロータ１１６の漏れ通路１８７ａ，１８７ｂは、機械加工によって形成され、または、ロータの両端１９２ａ，１９２ｂの径方向外側部分に円周の窪み（すなわち、リリーフ）を形成することによって、形成される。
【００５３】
上述したように、ベーンポンプ１０が新しく、磨耗していないとき、各ベーン要素１８の下方部分２３は、流体が漏れ通路１８７ａ，１８７ｂ内に流出するのを防ぐ。しかしながら、上記ベーンの先端が、上記ポンピングキャビティの周面２４との接触により、磨耗するにつれて、各ベーン要素の下方部分の径方向位置が、漏れ通路１８７ａ，１８７ｂに関して、変化する。遂には、上記ベーン下方部分が漏れ通路１８７ａ，１８７ｂの径方向内側の端部の径方向外側に位置する程度にまで上記ベーン要素が磨耗し、もはや、燃料が漏れ通路１８７ａ，１８７ｂに進入することを防ぐことができない。従って、ロータ１１６内に形成された上記漏れ通路１８７ａ，１８７ｂは、高圧の燃料を、（図３の）上記密封の弧６４ａの低圧の入口側へゆっくりと伝え始める。
【００５４】
さらに磨耗が続くと、この伝達は、より断言され実質的なものとなる。遂には、この通路を通過する漏れ量の一定レベルが達成されると、エンジンを始動させるために十分な流量を供給するポンプの能力が低下し、始動が行われない。このように、過負荷されたベーンによる故障が切迫した状態となる時点を達成する前に、分解修理のために上記ポンプを取り除くことが必要となり、そして、大部分の故障を回避することができる。
【００５５】
漏れ通路８７ａ，８７ｂと同様に、上記漏れ通路１８７ａ，１８７ｂの径方向の位置は、ポンピング要素の形状と大きさ、および、ベーン要素の物質の特性に基づいて、確定される。その漏れ通路の位置は、上述の故障モードが確実にされ、壊滅的な運転故障が回避されるように、選択される。
【００５６】
ロータの両端１９２ａ，１９２ｂの漏れ通路１８７ａ，１８７ｂの機械加工は、それぞれ、摩擦損失により失われるポンピングエネルギーの量を減少する付加的な利益を与える。より具体的に述べると、ベーンポンプ１０の運転中、概して、滑り接触は、上記ロータの端部の径方向外側の部分と上記エンドプレートとの間に、存在する。この接触は、上記軸方向に対向している（図２の）両側のジャーナルベアリング３６ａ，３６ｂと上記ロータ１１６との間に備えられている径方向の隙間による上記ロータに対する上記軸のわずかな傾きによって、引き起こされる。ロータの両端１９２ａ，１９２ｂの径方向外側の部分にリリーフ（いわゆる、漏れ通路１８７ａ，１８７ｂ）を機械加工することによって、この摩擦の接触は実質的に除去されて、ポンピング効率が改善される。
【００５７】
想到されるように、上記ポンプのポーティング接続は、色々な方法によって、達成されうる。限定されないがベアリングの給油や圧力のバランスなどを含む様々な理由により、様々な圧力を伝達するために、上記ポンプの形状は、カム、サイドプレートおよびロータにおいて、様々なカットを用いる。本発明の好ましい形態は、上記ロータにおいてポーティングカットを利用して、制御された故障モードと、ギアポンプと同様の運転の信頼性とを、ベーンポンプに提供する。
【００５８】
上記発明は好ましい形態に関して述べられたが、当業者であれば容易に理解されるように、添付された請求項によって定義される発明の趣旨又は目的を逸脱しない範囲で、その発明に対して、様々な変更及び／又は修正を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の好ましい形態に従って構成された可変容量ベーンポンプの横断面図であり、そのベーンポンプは、ポンプハウジング、回転可能なカム部材、ベーン要素を備えたロータ部材を有する。
【図２】図１のベーンポンプの断面における側面図であり、流体がポンピング室へ収容されてそこから吐出される方法を示している。
【図３】図１のポンプのエンドプレート面の側面図であり、その中に形成された一連の溝と窪みを示している。
【図４】図２のロータの横断面図であり、そのロータは、隣り合うベーンスロットの間で本体部分の各端面に切り込まれた弓状の窪み又は溝を有している。
【図５】図１のベーンポンプのロータ部材の断面側面図であり、そのロータの端面に形成された弓状の溝を示し、その溝によって、予め設定されたベーンの磨耗状態が到達されたときに、高圧燃料が、密封の弧の低圧側と連通することができる。
【図６】磨耗状態にある可変容量ベーンポンプの拡大された局限の横断面図であり、その磨耗状態において、燃料が、ポンピング室の高圧側から密封の弧の低圧側に伝わっている。
【図７】ロータ部材の他の形態の断面側面図であり、そのロータの対向している両端面の径方向の外側部分に形成された円周の窪み（いわゆる、リリーフ）を示し、その窪みによって、予め設定されたベーンの磨耗状態が到達されたときに、高圧燃料が、密封の弧の低圧側と連通することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０    ベーンポンプ
１２    ポンプハウジング
１４    カム部材
１６    ロータ部材
１７    スロット
１８    ベーン要素
２０    枢軸ピン
２１    先端面
２２    穴
２３    下方部分
２４    ポンピングキャビティの周面
４０，４２    サイドプレート
４４    サイドプレートの面
６０    入口用弧領域
６２    吐出用弧領域
６４ａ    密封用弧領域
６４ｂ    密封用弧領域
６６ｉ，６６ｄ    外側の溝
６７ａ〜６７ｄ    流路
６８ａ〜６８ｅ    流路
６９ｉ，６９ｄ    内側の溝
８４    流れ孔
８７ａ，８７ｂ    漏れ通路
９２ａ，９２ｂ    ロータの端部
１１６    ロータ部材
１８４    流れ孔
１８７ａ，１８７ｂ    漏れ通路
１９２ａ，１９２ｂ    ロータの端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005147156.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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